预应力钢筋混凝土

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3.2.3 支承件的材料
第
三
章
（五）树脂混凝土：刚度高，具有良好的阻尼性能
金
，抗振性好，热稳定性高，质量轻，可有良
属
好的几何形状精度，极好的耐腐蚀性，成本
切
低，无污染，生产周期短，床身静刚度高。
削
且可以预埋金属或添加加强纤维来提高某些
机
力学性能。
床
设
床身结构形式/88：整体结构形式
3.2.1 支承件的功能和应满足的基本要求
第
支承件包括什么？
三
机床的支承件是指床身、立柱、横梁、底座等大件，相 章
互固定联接成机床的基础和框架。机床上其它零部件可 典
以固定在支承件上，或者工作时在支承件的导轨上运动 型
部
支承件的作用是什么？
件
机床的支承件的主要功能是保证机床各零部件之间的相 互位置和相互运动精度，并保证机床有足够的静刚度、
第三章 典型部件设计
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第一节 主轴部件设计
第
三
章
第二节 支承件设计
典
型
部
第三节 导轨设计
件
设
计
第四节 机床刀架和自动换刀装置设计
3.2 支承件设计
该学习内容具有普适性
学习目标： 理解支撑件结构设计的基本方法； 掌握机床支撑件设计的几个原则（书本知识）
思考: 支撑件的主要作用, 设计中的关键要素是什么
属
性能好，成本低，适于成批生产。要进行时
切
效处理，以消除内应力。
削
（二）钢板焊接结构：制造周期短，刚性好，便于
机
产品更新和结构改进，重量轻。
床
（三）预应力钢筋混凝土：抗振性好，成本低。
设
（四）天然花岗岩：性能稳定，精度保持性好，抗
计
振性好，热稳定性好，抗氧化性强，不导电
，抗磁，与金属不粘结，加工方便。
床
设
计
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3.2.4 提高支承件结构性能的材料措施
第
（二）提高动态特性：
三 章
（1）改善阻尼特性：对于铸件支承件，铸件
金
内砂芯不清除，或在支承件中填充型砂
属
或混凝土等阻尼材料，可以起到减振作
切
用。对焊接支承件，除了可以在内腔中
削
填充混凝土减振外，还可以充分利用结
机
合面间的摩擦阻尼来减小振动。（即分 段焊缝可增大阻尼）。或者采用阻尼涂层。 封砂结构床身/93、悬梁的阻尼
三 章
金 属 切 削 机 床 设 计
（四）合理选择支承件的壁厚 为减轻机床重量，比后应尽可能选的薄些。 焊接支承件一般采用钢板与型钢焊接而成。
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3.2.3 支承件的材料
第
三
支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、天然花岗
章
岩、预应力钢筋混凝土、树脂混凝土等。
金
（一）铸铁：铸造性能好，阻尼系数大，振动衰减
焊接件构成的支撑件
床身
立柱
3.2.2 支承件的结构设计
第
（一）机床的类型、布局和支承件的形状
三 章
机床的类型可分为三类：中小型机床、精密和高精密
金
机床、大型和重型机床
属 切
机床的布局形式直接影响支承件的结构设计。中型卧 式车床采用前倾车身、前倾托板布局形式较多，优点 是排屑方便，不使切屑堆积在导轨上将热量传给床身 而产生热变形；容易安装自动排屑装置；创新设计成 封闭的箱形，能保证有足够的抗弯和抗扭强度。
削 机 床 设 计
支承件的基本形状：箱形类、板块类、梁类
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3.2.2 支承件的结构设计
第
（二）支承件的截面形状和选择 支承件结构的合理设计是应在最小重量条件下，具
三 章
有最大静刚度。静刚度包括弯曲刚度和扭转刚度，
金
均与截面惯性矩成正比。支承件截面形状不同，即 使同一材料、相等的截面面积，其抗弯和扭转惯性 矩也不同。比较后可知： （1）空心截面的刚度都比实心的大 （2）圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯
床 设 计
（2）采用新材料制造支承件：刚性高、抗振性 好，热变形小、耐化学腐蚀
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3.2.4 提高支承件结构性能的材料措施
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（三）提高热稳定性： 主要方法有：
三 章
（1）控制温升：采用分离或隔绝热源方法
金
（2）采用热对称结构：所谓热对称结构是指在
刚度比方形低 （3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特
属 切 削 机 床 设 计
别是抗扭刚度
机床床身截面图/82
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3.2.2 支承件的结构设计
第
（三）支承件筋板和筋条的布置 筋板是指连接支承件四周外壁的内板，它能使支承 件外壁的局部载荷传递给其它壁板，从而使整个支 承件承受载荷，加强支承件的自身和整体刚度。 布置方式：水平、垂直、斜向。 一般将筋条配置在支承件的某一内壁上，主要为了 减小局部变形和薄壁振动，用来提高支承件的局部 刚度。筋条的布置：纵向、横向和斜向，常常布置 成交叉排列。 肋条布置/85、局部增设肋条/86
计
分块结构形式
框架结构形式
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3.2.4 提高支承件结构性能的材料措施
第
三
（一）提高支承件的静刚度和固有频率：
章
金
提高支承件的静刚度和固有频率主要方法
属
是根据支承件受力情况合理的选择支承件的
切
材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理的布置
削
肋板和肋条，以提高结构整体和局部的弯曲
机
刚度和扭转刚度。
机床支承件设计——总体布局
• 加工中心的布局形式
– 卧式加工中心
• 采用移动式立柱，工作 台不升降
• 床身呈T形，刚度和精 度保持性较好
• 普遍采用双立柱形式， 刚性大、热对称性和稳 定性好
• 主轴箱在两个立柱之间 ，沿导轨上下移动，主 轴水平放置
• 水平方向的进给可由工 作台和立柱配合完成
机床支承件设计——关键零部件设计
设 计
抗振性、热稳定性和耐用度。
支承件主要承受哪些载荷？
重力
切削力
摩擦力
传动力
退出
3.2.1 支承件的功能和应满足的基本要求
支承件应满足的基本要求：
（1）应具有足够的刚度和较高的刚度— —质量比
（2）应具有良好的动态特性，各阶频率 不致引起结构共振
（3）热稳定好
（4）排屑畅通、调运安全，并具有良好 的结构工艺性
3.2 支承件设计
支撑件结构设计的基本原理——根据受力情况进行合理的结构拓 扑。赵州桥就是合理结构拓扑的典型，机床支承件设计也是同样 的道理。
基本原理分析
3.2 支承件设计
钱令希 院士用弹塑性理论计算，结果 ——压力线完全通 过拱轴。 。 隋允康 教授指导博士生用他提出的结构拓扑优化 ICM （ Independent Continuous Mapping ）方法计算 的结果，完全类似赵州桥的构型。